【資料圖】

較體外純化的蛋白質(zhì)，在細(xì)胞中處于工作狀態(tài)的蛋白質(zhì)機(jī)器具有更為完整和生理的構(gòu)象。因此，在細(xì)胞環(huán)境中直接對蛋白質(zhì)機(jī)器進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)解析是結(jié)構(gòu)生物學(xué)的下一個目標(biāo)，也是冷凍電鏡技術(shù)發(fā)展的前沿。而利用冷凍電鏡研究細(xì)胞中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，需要采用聚焦離子束將細(xì)胞減薄成150納米左右厚度的薄片。該方法通過高能離子束轟擊冷凍細(xì)胞生成一個薄片。由于離子束接觸薄片的上下兩個表面，該減薄過程不可避免地會對兩個表面產(chǎn)生損傷。目前，尚無手段可以定量地分析其損傷的程度及深度，難以估算這些損傷是否會限制冷凍電鏡解析細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)機(jī)器的三維結(jié)構(gòu)。

7月31日，《結(jié)構(gòu)》（Structure）在線發(fā)表了中國科學(xué)院生物物理研究所章新政課題組撰寫的題為The reduction of FIB damage on cryo-lamella by lowering energy of ion beam revealed by a quantitative analysis的研究論文。該工作建立了新方法，可定量測定離子束對細(xì)胞切片中蛋白質(zhì)的損傷。該方法運(yùn)用斷層重構(gòu)將離子束減薄切片中的蛋白質(zhì)顆粒按照其離上下兩個表面的距離分組并做三維重構(gòu)，基于每一個組中的蛋白質(zhì)三維重構(gòu)計算出每一個組中蛋白質(zhì)成像的平均信噪比。平均信噪比體現(xiàn)了不同組中蛋白質(zhì)成像的數(shù)據(jù)質(zhì)量，并定量的代表了離子束對離兩個表面不同距離的蛋白質(zhì)的損傷程度。

科研人員運(yùn)用該方法發(fā)現(xiàn)，離子束在細(xì)胞切片表面50納米深度內(nèi)會造成不可忽略的損傷，其損傷程度在表面相當(dāng)于輻照了大于16電子/平方埃（300千伏電子），而在50納米處，相當(dāng)于輻照了3.5電子/平方埃。這意味著，切片厚度小于100納米時，來自上下表面的損傷會在切片中央疊加，造成大于輻照了7電子/平方埃的損傷。理論上，細(xì)胞切片越薄，三維重構(gòu)分辨率會越高，但當(dāng)切片厚度小于100納米時，聚焦離子束將損傷切片內(nèi)所有的蛋白質(zhì)，這樣的矛盾將使聚焦離子束減薄的切片難以獲得準(zhǔn)原子分辨率的三維重構(gòu)。為突破損傷深度對切片最小厚度的限制，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，將離子束的電壓降低到8kV，可以將損傷層厚度減少至30納米以下。

分辨率的提升是蛋白質(zhì)在細(xì)胞原位結(jié)構(gòu)解析的重要需求，而獲得高質(zhì)量的薄細(xì)胞切片是三維重構(gòu)分辨率的提升的重要方向。該工作提供了定性判斷切片質(zhì)量的工具，并為減少切片中的離子束損傷提出了方案，有助于原位結(jié)構(gòu)解析分辨率的進(jìn)一步提升。

研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）、中國科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計劃等的支持。

論文鏈接

FIB切片輻照損傷的定量分析

關(guān)鍵詞：